한빛사 인터뷰
- 등록2022-03-02
- 조회3,475
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
줄기세포를 이용한 생명현상의 이해와 인공장기의 개발, 맞춤형 환자 질병 진단 등 이를 활용한 응용분야는 다양한 방면에서 연구가 활발하게 이루어 지고 있습니다. 이 중에서 심장근육세포는 전도성을 가지며, 구조와 기능이 밀접하게 연관되어 있습니다. 심장의 생리학적 현상과 관련 질병을 이해하고, 응용하기 위해서는 다양한 생물물리학적 이해가 요구 됩니다. 따라서, 심장의 생리학적인 기능을 연구하고 응용분야에 적용하려면 하려혀면 심장의 주요 제어 메커니즘을 모방한 시스템을 구축이 필요합니다. 본 연구를 통해 두가지 심장의 핵심 내부 제어 메커니즘을 한가지 시스템에 적용하였습니다. 첫째, 내부제어 방식으로 기계 자극을 감지하는 심장세포의 성질을 이용하였습니다. 이를 위해, 물고기 모양의 하이드로겔 양면에 인간유도만능줄기세포로 분화한 인간 심장근육을 각각 키워서, 물고기의 양쪽 근육형태를 가지는 시스템을 구축하였습니다. 한쪽 근육이 수축하면 다른쪽 근육이 이완되어서 기계자극을 유도하게 되는데, 이를 감지하는 심장세포로 인해 근육이 다시 자동적으로 수축하게끔 유도하였습니다. 이렇게 자동으로 인간 심장 근육이 상호적으로 수축과 이완을 반복하게 되면서, 물고기의 유영하는 모습을 인공적으로 묘사할 수 있게 될 수 있었습니다. 두번째, 내부 제어 메카니즘으로 사용하였던 것은 스스로 리듬을 조절하는 심장박동조직의 메커니즘입니다. 근육의 수축과 이완이 잠시 멈추었을 때, 심장의 Pacemaker 부분과 유사한 조직을 만들어 이를 통해 심장박동리듬으로 다시 근육의 수축과 이완을 작동하게 하였습니다. 심장세포 자체의 내부 제어 메카니즘을 통해서 세포 조직이 수축/이완됨으로써 외부 제어 메커니즘없이 자체 움직임이 가능하고, 이뿐만 아니라 광유전공학적 방식으로 빛에 반응하게 근육을 만들었기에, 필요에 따라 외부 빛자극으로 심장 근육의 움직임을 조절할 수 있게 하였습니다.
기존 Materials분야에서 Quantum dots이나 Nano-materials이 크기와 구조에 따라서 에너지 준위가 변화하고, 기능을 달리하여 여러방면에 활용 할 수 있던 것 처럼, 심장근육 세포도 조직의 기하적적 구조에 따라 그 기능과 단백질 발현을 선택적으로 제어 할 수 있습니다. 특히, 심장의 기능과 생리학적 특성을 이해하고 응용 하는분야에 널리 쓰일 수 있을 수 있습니다. 특히, 향후 환자의 인간유도만능줄기세포와 결합되어 환자 맞춤형 인공 근육조직과 인공장기 개발 및 맞춤형 환자 질병진단에 사용되는 바이오 센싱 기술 개발, Soft robotics 분야에 등에 폭넓게 사용 될 수 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
제 소속인 하버드 대학교 질병-생물물리학 연구소는 하버드 메디컬 스쿨, Boston Children’s 병원, 하버드 진화생물학 연구실, 스위스 Zurich 공대, 한국의 서강대학교 등 다양한 그룹과 공동연구가 활발하게 이루어지고 있습니다. 이를 통해 다양한 분야의 전문가들과 원활한 의견교환과 공동연구가 가능 한 장점이 있습니다. 또한 연구실내애도 다양한 백그라운드를 가진 연구원들이 많아, 다양한 방면에서 의견교환이 가능하여, 효울적인 연구 진행이 가능합니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
연구 아이디어를 여러사람들과 토론하고, 계획한 것이 실제 결과로 나올 때, 보람과 기쁨을 느낍니다. 토론과 실험, 연구 진행과정중 저의 부족한 부분을 여러 공동연구자 분들에게 많은 부분을 배울 수 있어 좋았습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
연구과정은 새로운 과학현상과 분야를 개척해나가야 하는 만큼 생각과 고민이 많이 필요합니다. 자신이 장점에 초점을 맞추어 연구하는 부분에서 즐거움을 찾고, 부족한 부분이나 힘든부분을 극복하면, 시간이 걸릴 수 있지만, 좋은 성과를 얻는 기쁨을 얻을 수 있습니다. 실험결과를 객관적으로 바라보고, 결과에 대한 감정을 줄이면, 실험과정에서 많은 부분을 배울 수 있다고 생각합니다. 그리고, 생명과학분야는 수많은 다른 분야 연구 분야와 응용 될 수 있습니다. 따라서, 다른분야의 최신 연구성과들도 찾아보는 것도 좋은 경험과 자산이 될 수 있다고 생각합니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
줄기세포는 이용한 질병모델을 구축하고, 인공장기 개발을 위한 기초 연구를 진행하고 싶습니다. 기회가 된다면 한국에 자리를 잡아 연구활동을 이어나가고 싶고, 아쿠아리움에 본 연구의 결과인 인간심장물고기를 전시하고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
연구를 시작하고 지금까지 감사해야 할 분이 너무 많습니다. 어머니와, 형에게 성과를 보여드리지 못해 아쉽고, 감사하다고 전하고 싶습니다. 연구과정을 같이 지켜봐준 아버지와 아내에게도 감사의 말을 전합니다. 이번 연구뿐만아니라 많은 연구를 도와주시고 격려 해주신 박성진 교수님과, 석박사과정을 지도해주시고 연구자의 길을 걸을 수 있게 지도 해주신 신관우 교수님, 안태규 교수님, 그리고 이번 연구에 다방면으로 실험, 조언, 마무리를 할 수 있게 도와주신 George Lauder 교수님, Andre Kleber 교수님께 감사의 마음을 드립니다. 또한 이번 연구에 직간접적으로 많은 도움을 준 저희 하버드 질병물리연구소의 최수지 박사님과, 김성준 박사과정 학생, 연구실 동료들에게 진심으로 감사를 드립니다.
끝으로 모든 방면에서 아낌없이 지원해주시고 지도해주신 Kevin Kit Parker 교수님께 감사 드립니다.
#Stem cell
#Heart
#Bio-hybrid system
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